NO323272B1 - Fremgangsmate for elektrokjemisk behandling av betong - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for elektrokjemisk behandling av armert betong.

I armert betong er stålarmeringen vanligvis beskyttet mot korrosjon av det basiske miljøet i betongmassen. Imidlertid reduseres gradvis alkaliteten på grunn av virkning av karbondioksyd og andre gasser i atmosfæren slik som oksyder av svovel. Denne reaksjonen betegnes karbonering, og betong som har vært utsatt for denne påvirkningen av atmosfæriske gasser, refereres til som karbonert.

Virkningen er en gradvis minking i pH, og hvis reaksjonen far lov til å fortsette, vil pH fortsette å falle og når den når en verdi på omtrent 9,5, er ikke stålet lenger beskyttet mot korrosjon. Armeringen kan da korrodere, noe som fører til svekkelse av armeringen og avskalling av betongen.

En fremgangsmåte for å øke alkaliteten i betongen som har blitt karbonert, er tidligere beskrevet, f.eks. i EP nr. 264.421 og US patent nr. 4.865.702. I denne fremgangsmåten sendes en elektrisk strøm mellom en ytre elektrode som er i kontakt med en basisk elektrolytt anbrakt på den ytre overflaten av betongen og den indre armeringen av betongen som katode.

Under denne prosessen er det to virkninger: den basiske elektrolytten beveger seg inn i betongen og alkaliniteten økes i katodeområdet. Fordelen med dette er at stålet repassiveres, og at et lag av elektrolytt, som har trengt inn i betongen, opprettholder et dekningsområde over og rundt stålet med tilstrekkelig høy pH til å holde stålet passivt. Denne prosessen er kjent som realkalisering.

Som basisk elektrolytt i denne prosessen foreslår EP 264.421 en vandig løsning av kalsium, natrium og/eller kaliumsalter enten i en væske eller absorbert i et porøst medium slik som steinull, cellulose, sagflis, sand, leire eller lignende, eller elektrolytten kan være mørtel, injeksjonsmørtel eller kalkdeig. GB patentsøknad 2.271.123A beskriver en prosess der natriumkarbonat eller natriumborat brukes i den vandige elektrolytten. Under utførelse av prosessen i en kommersiell skala, brukes imidlertid som basisk elektrolytt, en vandig løsning av natriumkarbonat.

Selv om resultatet av å bruke natriumkarbonatløsningen som den basiske elektrolytten, generelt har vært meget vellykket, er det ofte saltutslag på overflaten av betongen etter behandlingen. Dette er en tung, krystallinsk saltavleiring som ikke er pen å se på, og som er uegnet for anbringelse av et dekorativt belegg. Følgelig er det nødvendig å vaske betongen grundig etter behandlingen for å fjerne saltutslaget.

Det har nå blitt oppfunnet en løsning til det ovenfor beskrevne problemet, der det brukes en løsning av kaliumkarbonat som elektrolytt.

Ifølge den foreliggende oppfinnelsen frembringes en fremgangsmåte for elektrokjemisk realkalisering av betong som omfatter sending av en elektrisk likestrøm mellom en anode i kontakt med et lag av vandig elektrolytt anbrakt på en ytre overflate av betongen, og en katode som er anbrakt inne i betongen, for å forårsake økning av den indre pH i betongen, og at overflatelaget av betongen impregneres med den elektrolytiske løsningen, kjennetegnet ved at den vandige elektrolytiske løsningen omfatter en vandig løsning av kaliumkarbonat med en konsentrasjon på minst 0,3 molar.

Fordelaktige utførelsesformer av fremgangsmåten fremgår av de uselvstendige kravene 2 til 10.

Fordelen ved den foreliggende oppfinnelsen frembrakt ved bruk av en vandig løsning av kaliumkarbonat som den basiske elektrolytten, er at saltutslaget på den ytre overflaten av betongen etter behandlingen reduseres eller elimineres. Denne fordelen kunne ikke ha blitt forutsett fra kjent teknikk og er derfor uventet.

Med ytre overflate menes en overflate som er eksponert mot atmosfæren. Betegnelsen elektrolytt henviser til den vandige løsningen av kaliumkarbonat.

Anoden kan nedsenkes i den elektrolyttiske løsningen, eller i noen utførelser av fremgangsmåten, forbindes med et heftende belegg som omfatter et organisk vannholdig materiale som danner en festemiddelblanding med vann.

Konsentrasjonen av kaliumkarbonatløsningen er fortrinnsvis minst 0,5 molar, og løsninger med konsentrasjoner fra 0,5 molar og opp til mettet konsentrasjon, er spesielt egnet.

Kaliumkarbonat kan fremstilles på stedet fra en kilde av kaliumioner og en kilde av karbonationer. For eksempel kan kaliumhydroksyd som kilde av kaliumioner og litiumkarbonat som kilde av karbonationer, tilsettes til vannet for å fremstille elektrolytten. Fortrinnsvis vil imidlertid elektrolytten være hovedsakelig fri for andre ioner enn de som kommer fra kalsiumkarbonat og vann, selv om en liten mengde av andre ioner, f.eks. kalsium, natrium og litium (f.eks. i mengder som finnes i kommersielt tilgjengelige former av kalsiumkarbonat) aksepteres. Det er derfor praktisk å tilsette kalsiumkarbonat (som forbindelse) til vannet for å fremstille elektrolytten. Kaliumkarbonat kan være av vanlig industrikvalitet f.eks. en som inneholder minst 97 vekt-% kaliumkarbonat på en tørr basis.

Det foretrekkes at mengden av natriumioner, hvis slike er til stede, er mindre enn 5 vekt-% av kaliumkarbonat basert på tørr vekt av kaliumkarbonat, fordi oppfinnerne har funnet ut at natriumkarbonat er det materialet som forårsaker saltutslaget på betongoverflaten etter behandlingen.

Fortrinnsvis er pH i elektrolytten ved begynnelsen av prosessen i området 10,5 til 12,5, eller enda bedre 10,9 til 12,0.

Elektrolytten kan holdes i kontakt med den ytre overflaten av betongen ved et festende belegg som omfatter en festemiddelblanding av et organisk vannbindende materiale og vann.

Alternativt kan elektrolytten holdes i kontakt med den ytre overflaten av betongen ved hjelp av en beholder som holder elektrolytten og er fjernbart festet til betongen.

Når et festende belegg brukes, kan festemiddelblandingen anbringes ved spraying, og blandingen av vann med forbindelsen som inneholder kaliumkarbonat og det vannbindende materialet utføres i sprayingsprosessen.

Det vannbindende materialet kan være en cellulosefiber, f.eks. som beskrevet i EP 398.117 eller US patent 5.198.082; 5.228.959 og 5.407.543 og en passende blanding av cellulosefibre og kalsiumkarbonat inneholder minst 10 vekt-% kalsiumkarbonat basert på tørr vekt av cellulosefibre, fortrinnsvis fra 20 til 150 vekt-% av kaliumkarbonat basert på tørr vekt av cellulosefibre.

Festemiddelblandingen kan med fordel inneholde mer kaliumkarbonat enn det som kreves for å mette vannet som er til stede i blandingen. I dette tilfellet vil belegget inneholde uoppløst kaliumkarbonat som virker som et lager for etterfylling av elektrolytt. I dette tilfellet kan etterfyllingen utføres ved å tilsette vann f.eks. ved å spraye belegget med jevne mellomrom. Når den elektrolytiske løsningen er i en beholder, kan etterfyllingen utføres ved tilsetting av frisk løsning til beholderen.

Under prosessen kan elektrolytten etterfylles.

Det vannbindende materialet kan holde minst 100% av sin egen vekt med vann og fortrinnsvis minst 200%, enda mer foretrukket minst 300%, f.eks. 300 - 500%.

Når det vannbindende materialet er cellulosefibre, kan fibrene blandes på forhånd med kaliumkarbonat, f.eks. i en fabrikk slik at bare vann trengs å tilsettes fibrene på stedet.

Til bruk i den foreliggende oppfinnelsen er tørre fibre blandet med kaliumkarbonat (som et fast stoff) i fremstillingsprosessen av fibrene, f.eks. oppmaling av cellulosen, og levert til arbeidsstedet som en blanding hvor den blandes med vann, f.eks. ved levering av celluloseifbre/kaliumkarbonatblandingen og vann som to komponenter til en passende spraydyse der de blandes og sendes ut som en spray inneholdende en blanding av de to.

Cellulosefibrene kan være gjenvunnet eller rekondisjonert cellulosemasse.

Cellulosemassen kan med fordel utvinnes fra aviser eller annet avfallspapir.

Fremgangsmåter for fremstilling av cellulosefibre er kjent teknikk og utnyttes kommersielt. Cellulosefibre er kjent som en erstatning for asbestfibre i mange anvendelser slik som paneler, fliselim, ildfaste foringer og spesielt fibersementpaneler.

I en typisk prosess for fremstilling av cellulosefibre sendes matematerialet i form av avfallsaviser i arkform til en flisriver og fra der sendes det oppsamlede papiret gjennom den første av to knusemøller slik som en Jacobson mølle. Møllen har roterende hamre eller blader som sammen med luftinnsugingen tvinger materialet gjennom en gjennomhullet metallskjerm. Materialet, som på dette tidspunkt er delvis oppfibret, sendes til en andre knusemølle. På et tidspunkt mellom de to knusemøllene tilsettes kjemikalier slik som brannhemmende midler. Ved fremstilling av fibre for anvendelse i den foreliggende oppfinnelsen tilsettes kaliumkarbonat på dette punktet. Materialet sendes så gjennom den andre knusemøllen hvor det blir ytterligere oppfibret. Produktet sammenpresses så og fylles inn i poser for lagring. Etter at fibrene forlater den andre knusemøllen, har de vanligvis en lengde på mellom 0,5 og 2,0 mm. Malegraden av fibrene kan være i området 45 til 750 SR (Shopper-Riegler).

Katoden er koblet til, eller frembrakt av, armeringen i betongen.

Prosessen er spesielt anvendbar for bruk på betong som er karbonert til en pH på 10,5 eller mindre, slik som 10,0 eller mindre, spesielt 9,5 eller mindre, siden armeringsstålet ved denne pH ikke lenger er beskyttet mot korrosjon.

Fremgangsmåten til den foreliggende oppfinnelse kan utføres som beskrevet i EP 264.241 og US patent 4.865.702.

For eksempel er det gunstig at den påtrykte spenningen mellom anode og katode er fra 3 til 40 volt, med fordel mellom 6 til 20 volt, og er vanligvis justert for å frembringe en strømtetthet i området 0,15 til 6, fortrinnsvis fra 0,5 til 2,5, ampere pr. m<2> av betong overflate.

Alkaliteten kan overvåkes ved å måle pH, f.eks. ved hjelp av en indikator slik som fenolftalin sprayet på nylig brukket betong, og når den ønskede pH nås, f.eks. en pH større enn 10,5, vanligvis større enn omtrent 11, kan prosessen stoppes.

Siden tap av alkalitet er forårsaket av atmosfæriske gasser slik som karbondioksyd, vil betong som har vært utsatt for vind og vær, ha en pH nær eller på overflaten som ofte er lavere enn lenger inn i betongkroppen, og pH i den umiddelbare nærhet av armeringen kan fortsatt være tilstrekkelig høy til å frembringe passivering av stålet. Det er innenfor formålet med den foreliggende oppfinnelsen å realkalisere slik betong.

Selv om pH i betongen kan variere gjennom dens tykkelse, kan et hvilket som helst område velges som det området der pH måles for å avgjøre om betongen skal realkaliseres. Det området der pH måles for å avgjøre slutten av prosessen, vil vanligvis være i samme avstand fra overflaten som det først valgte området.

Prosessen kan omfatte måling av pH i et valgt område av betongen, og når pH er 10,0 eller mindre, utføres prosessen som beskrevet ovenfor og etter en tidsperiode måles pH igjen, og når pH er 10,5 eller mer, stoppes påtrykkingen av elektrisk strøm.

Anoden som kan omfatte ledninger, plater, folie eller blikk og dens tilhørende elektrolytt, kan utføres og anvendes på betongoverflaten som en anordning.

Anoden kan være et uedelt metall slik som stål eller et edelt metall slik som titan.

Elektrolytten holdes enkelt i kontakt med betongoverflaten ved hjelp av en beholder som holder elektrolytten og som er fjernbart festet til betongoverflaten. Anvendelsen av en holdetank gjør det mulig å holde elektrolytten i kontakt med hellende, vertikale og overhengende overflater, og gjør det mulig for prosessen å anvendes på undersiden av betongstrukturer slik som soffitter eller tak og lignende.

Det henvises til tegningen der et betonglegeme 2 har en ytre overflate 4, stålarmering 6 og et område 8 nær overflaten 4 som er karbonert. En elektrolytt 10 som holdes i kontakt med den ytre overflaten 4 ved hjelp av en flyttbar tank (ikke vist), er en 1 molar vandig løsning av kaliumkarbonat. En stålanode 12 er neddykket i elektrolytten 10. Under drift av prosessen ifølge oppfinnelsen, påtrykkes en spenning mellom armeringen 6 som katode og stålanoden 12 for å frembringe en likestrøm med en strømtetthet på 1 ampere pr. m<2> betongoverflate.

Elektrolytten 10 trenger inn i betongoverflaten 4, og inn i betongen som vist med de nedover pekende pilene. En front av fremrykkende elektrolytt er anvist ved 16. Dette er vist som en blanding av kaliumkarbonat og bikarbonat fordi kaliumkarbonat omdannes av karbondioksydet i atmosfæren til denne blandingen (ikke nødvendigvis i ekvimolare forhold). Under påvirkning av den elektriske strømmen beveger ionene seg i de angitte retningene, dvs. kalium- og natriumioner beveger seg mot katoden og hydroksylioner mot anoden.

Oppfinnelsen illustreres ved det følgende eksempel.

Eksempel 1

En armert betongstruktur som var karbonert ved eksponering til atmosfæren over en tidsperiode på flere år, og som hadde pH i nærheten av stålarmeringen, som hadde falt til omtrent 9,5, ble utsatt for den følgende behandlingen.

Den behandlede betongstrukturen var en armert betongsoffitt (dette frembringer en overhengende overflate). For behandling av dette overhengende arealet ble en beholder brukt til å holde elektrolytten slik at elektrolytten ble holdt i direkte kontakt med betongoverflaten. Beholderen med dimensjonene 1100 mm x 900 mm x 10 mm, ble fremstilt av 4 mm perspex plater med 40 mm x 25 mm polyetylen- eller neoprenforseglinger i kantene, og innbefattet en 20 mm x 20 mm stålramme for å frembringe stivhet og sammenpresse forseglingene. Beholderen ble festet til betongen ved hjelp av bolter. Beholderen inneholdt en 1 molar vandig løsning av kaliumkarbonat med pH 12,0.

Et blandet metalloksydbelagt titangitter (kvalitet 210) ble holdt neddykket i den elektrolytiske løsningen i beholderen, og forbundet til den positive terminalen av en likestrømkilde mens armeringen ble forbundet til den negative terminalen. Spenningen ble justert til å frembringe en strømtetthet på 1 ampere pr. m<z> betongoverflate og ble påtrykt i 4 dager. pH i betongen i et område mellom armeringen og betongoverflaten ble målt etter behandlingen ved å bruke en fenolftalinindikator fremstilt i vann og etanol som slo over til sterkt rosa ved anvisning av en pH på omtrent 11.

Beholderen som inneholdt den elektrolytiske løsningen ble fjernet, og den ytre overflaten av betongen ble inspisert etter tørking. Intet salrutslag ble observert.

Eksempelet ble gjentatt nøyaktig som beskrevet ovenfor, bortsett fra at det ble brukt en

1 molar løsning av natriumkarbonat. Etter fjerning av beholderen og tørking, ble overflaten inspisert og det ble observert saltutslag, som måtte fjernes før påføring av et dekorativt belegg.

Eksperimentelt arbeid har vist at kaliumkarbonat har ytterligere fordeler fremfor natriumkarbonat: (i) kaliumkarbonat trenger gjennom betongen raskere enn natriumkarbonat under identiske forhold og molare konsentrasjoner. Dette betyr at pH i betonglaget nær overflaten øker raskere. (ii) kaliumkarbonat har langt bedre oppløselighetsegenskaper ved lave temperaturer. Ved 4°C er f.eks. en mettet løsning av natriumkarbonat under 1 molar. En mettet løsning av kaliumkarbonat er over 5 molar ved denne temperaturen. Dette er viktig siden en av hovedanvendelsene av denne oppfinnelsen er for behandling av utvendige overflater av bygninger og andre betongstrukturer, og betyr at kaliumkarbonat kan være mer pålitelig å bruke om vinteren.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for elektrokjemisk realkalisering av armert betong omfattende påtrykking av en elektrisk likestrøm mellom en anode i kontakt med et lag av vandig basisk elektrolytt anbrakt på en ytre overflate av betongen og en katode som plasseres inne i betongen, for å forårsake at den indre pH i betongen øker og at et overflatelag av betongen impregneres med den elektrolytiske løsningen, karakterisert ved at den vandige elektrolytiske løsningen omfatter en vandig løsning av kaliumkarbonat med en konsentrasjon på minst 0,3 molar.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at elektrolytten holdes i kontakt med den ytre overflaten av betongen med et tilfestet belegg som omfatter en festemiddelblanding av et organisk vannbindende materiale og vann.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at festemiddelblandingen inneholder mer kaliumkarbonat enn det som kreves for å mette vannet som er til stede, for å frembringe et reservoar av kaliumkarbonat for å etterfylle elektrolytten.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at det vannbindende materialet er en cellulosefiber og at mengden kaliumkarbonat som er til stede, er minst 10% basert på den samlede tørre vekten av cellulosefibre og kaliumkarbonat.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at mengden av kaliumkarbonat som er til stede, er fra 20 til 150 vekt-% basert på den kombinerte tørre vekten av cellulosefibre og kaliumkarbonat.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at elektrolytten holdes i kontakt med den ytre overflaten av betongen ved hjelp av en beholder som rommer elektrolytten og som er fjernbart festet til betongen.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den påtrykte spenningen mellom anode og katode er fra 3 til 40 volt og at strømtettheten er fra 0,15 til 6 ampere pr. m<2> betongoverflate.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at den påtrykte spenningen er fra 5 til 20 volt og strømtettheten fra 0,5 til 2,5 ampere pr. m2.

9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at fremgangsmåten anvendes på et betongområde som har en pH mindre enn 10,0.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at fremgangsmåten fortsettes inntil pH når et nivå på minst 10,5, fortrinnsvis minst 11,0.